JP2023544811A - 電池パックおよびこれを含むデバイス - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレーム、および前記モジュールフレームの下に位置したヒートシンクを含む電池モジュール；冷媒が流れるパック冷媒管；前記ヒートシンクに形成された貫通口と連結される冷却ポート；および前記パック冷媒管と前記冷却ポートを連結する冷却コネクタを含む。前記冷却ポートは、前記冷却ポートの外周面に形成された傾斜部を含む。前記傾斜部の水平方向の幅は前記冷却コネクタが位置した方向に行くほど狭くなる。前記傾斜部と前記冷却コネクタの間に環形態のシーリング部材が位置する。

Description

関連出願との相互引用
本出願は２０２１年５月７日付韓国特許出願第１０－２０２１－００５９１５６号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は電池パックおよびこれを含むデバイスに関するものであって、より具体的には、冷却構造の組立性が改善された電池パックおよびこれを含むデバイスに関するものである。

現代社会では携帯電話機、ノートパソコン、キャムコーダー、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化するにつれて、前記のようなモバイル機器関連分野の技術に対する開発が活発になっている。また、充放電の可能な二次電池は化石燃料を使用する既存のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための方案であって、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などの動力源として用いられているところ、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

現在商用化された二次電池としてはニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうちのリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらなくて充放電が自由であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという長所で脚光を浴びている。

このようなリチウム二次電池は主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体、および電極組立体を電解液と共に密封収納する電池ケースを備える。

一般に、リチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内装されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内装されているパウチ型二次電池に分類することができる。

小型機器に用いられる二次電池の場合、二つ～三つの電池セルが配置されるが、自動車などのような中大型デバイスに用いられる二次電池の場合は、複数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）が用いられる。このような電池モジュールは複数の電池セルが互いに直列または並列に連結されて電池セル積層体を形成することによって容量および出力が向上する。また、一つ以上の電池モジュールは、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。

二次電池は、適正温度より高まる場合、二次電池の性能が低下することがあり、激しい場合、爆発や発火の危険もある。特に、複数の二次電池、即ち、電池セルを備えた電池モジュールや電池パックは、狭い空間で複数の電池セルから出る熱が合算されて温度がさらに速くてひどく上がることがある。言い換えれば、複数の電池セルを含む電池モジュールとこのような電池モジュールが装着された電池パックの場合、高い出力を得ることができるが、充電および放電時、電池セルから発生する熱を除去することが容易でない。電池セルの放熱が適切に行われない場合、電池セルの劣化が速くなりながら寿命が短くなり、爆発や発火の可能性が大きくなる。

さらに、車両用電池パックに含まれる電池モジュールの場合、直射光線に頻繁に露出され、夏季や砂漠地域のような高温条件に置かれることがある。

したがって、電池モジュールや電池パックを構成する場合、安定的且つ効果的な冷却性能を確保することは非常に重要であると言える。し電池セルの温度偏差を減らすことは非常に重要であると言える。特に、最近では電池モジュールや電池パックの容量が増えることにより発熱量が増加し、増加した発熱量を制御するために空冷式よりは水冷式の冷却構造が要求される。水冷式の冷却構造の場合、冷却性能に優れるが、冷却水が電池パック内部の電装品に流出しないようにする密閉構造が必須的に要求される。

電池パックの容量増大と放熱性能改善に対する要求が続くにつれて、安定した密閉構造の冷却システムを備えた電池パックを開発することが実質的に必要であると言える。

本発明が解決しようとする課題は、水冷式の冷却構造において、冷媒の漏出防止のための密閉性と冷却構造実現過程での組立性が改善された電池パックおよびこれを含むデバイスを提供することである。

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は上述の課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張できる。

本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレーム、および前記モジュールフレームの下に位置したヒートシンクを含む電池モジュール；冷媒が流れるパック冷媒管；前記ヒートシンクに形成された貫通口と連結される冷却ポート；および前記パック冷媒管と前記冷却ポートを連結する冷却コネクタを含む。前記冷却ポートは、前記冷却ポートの外周面に形成された傾斜部を含む。前記傾斜部の水平方向の幅は前記冷却コネクタが位置した方向に行くほど狭くなる。前記傾斜部と前記冷却コネクタとの間に環形態のシーリング部材が位置する。

前記傾斜部は、円錐台形態の傾斜面を有することができる。

前記冷却コネクタは、前記冷却ポートおよび前記シーリング部材が挿入される開口部を含むことができる。

前記開口部の内面と前記傾斜部の外周面との間に前記シーリング部材を配置することができる。

前記開口部は、前記シーリング部材が接触される傾斜通路部を含むことができる。

前記傾斜通路部は、前記傾斜部と対応するように、下部方向に行くほど内径が小さくなってもよい。

前記傾斜通路部の内面と前記傾斜部の外周面との間に前記シーリング部材を配置することができる。

前記貫通口は流入口および排出口を含むことができ、前記冷却ポートは複数で構成されて、前記流入口および前記排出口とそれぞれ連結することができる。

前記パック冷媒管は、パック冷媒供給管およびパック冷媒排出管を含むことができる。

前記冷却コネクタは複数で構成されて、前記冷却ポートとそれぞれ連結することができ、前記パック冷媒供給管に沿って流れた前記冷媒は、前記冷却コネクタのうちの一つ、前記冷却ポートのうちの一つ、および前記流入口を通過して前記ヒートシンク内部に流入することになる。

前記冷媒は、前記排出口、前記冷却ポートのうちの他の一つ、および前記冷却コネクタのうちの他の一つを通過して前記パック冷媒管排出管に排出される。

前記ヒートシンクは、前記モジュールフレームの底部と接合される下部プレートおよび前記下部プレートから下側に陥没した陥没部を含むことができる。

前記貫通口は前記陥没部に形成することができる。

前記底部と前記陥没部との間で前記冷媒が流れることになる。

本発明の実施形態によれば、電池モジュールとパック冷媒管との間の冷媒循環構造において、傾斜した面を有する冷却ポートを適用して、密閉性および組立性を向上させることができる。

本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は請求範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

本発明の一実施形態による電池パックを示した分解斜視図である。 図１の電池パックに含まれている電池モジュールに対する分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電池セルを示した斜視図である。 図２の電池モジュールに含まれているヒートシンクを示した斜視図である。 図４の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示した断面図である。 図１の“Ａ”部分を拡大して示した部分斜視図である。 図６に示された冷却ポートおよびシーリング部材を示した斜視図である。 図６の切断線Ｃ－Ｃ’に沿って切断した断面を示した断面図である。 図６の切断線Ｃ－Ｃ’に沿って切断した断面を示した断面図である。 本発明の比較例によって垂直型シーリング構造の冷却ポートを有する電池モジュールに対する斜視図である。 （ａ）と（ｂ）は本発明の比較例によって垂直型シーリング構造を有する冷却ポートと冷却コネクタ間の連結形態を示した斜視図および断面図である。 本発明の比較例によって水平型シーリング構造のヒートシンクを有する電池モジュールに対する斜視図である。 図１２の切断線Ｅ－Ｅ’に沿って切断した断面を示した断面図である。 本発明の一実施形態による冷却ポートが冷却コネクタに挿入される様子を概略的に示した断面図である。 図１の電池パックをｘｚ平面上で－ｙ軸方向に沿って見た様子を示した平面図である。 図１５の切断線Ｄ－Ｄ’に沿って切断した断面の一部を示した部分断面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。本発明は様々の異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付けるようにする。

また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示されたところに限定されない。図面において様々の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして図面において、説明の便宜のために、一部層および領域の厚さを誇張して示した。

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分“の上に”または“上に”あるという時、これは他の部分“の直上に”ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分“の直上に”あるという時には中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分“の上に”または“上に”あるというのは基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって“の上に”または“上に”位置することを意味するのではない。

また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を“含む”という時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

また、明細書全体で、“平面上”という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、“断面上”という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。

図１は、本発明の一実施形態による電池パックを示した分解斜視図である。図２は、図１の電池パックに含まれている電池モジュールに対する分解斜視図である。図３は、本発明の一実施形態による電池セルを示した斜視図である。

図１～図３を参照すれば、本発明の一実施形態による電池パック１０００は、電池モジュール１００およびパック冷媒管６００を含む。電池モジュール１００は複数で構成することができる。一例として、図１には４つの電池モジュール１００が配置された様子が示されている。また、具体的に図示していないが、本実施形態による電池パックは、電池モジュール１００とパック冷媒管６００が収納されるパックフレームを含むことができる。

まず、本実施形態による電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００、およびモジュールフレームの下に位置したヒートシンク３００を含む。

本実施形態による電池セル１１０はパウチ型電池セルであってもよい。このようなパウチ型電池セルは、樹脂層および金属層を含むラミネートシートのパウチケースに電極組立体を収納した後、前記パウチケースの外周部を熱融着して形成することができる。このような電池セル１１０は長方形シート構造に形成することができる。

具体的に、図３を参照すれば、本実施形態による電池セル１１０は二つの電極リード１１１、１１２が互いに対向して電池本体１１３の一端部１１４ａおよび他の一端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。電池セル１１０は、電池ケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態で電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂとこれらを連結する一側部１１４ｃを接着することによって製造することができる。言い換えれば、本発明の一実施形態による電池セル１１０は総３ケ所のシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃを有し、シーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃは熱融着などの方法でシーリングされる構造であり、他の一側部は連結部１１５からなってもよい。電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂの間を電池セル１１０の長さ方向と定義し、電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂを連結する一側部１１４ｃと連結部１１５の間を電池セル１１０の幅方向と定義することができる。

連結部１１５は電池セル１１０の一つの縁に沿って長く伸びている領域であり、連結部１１５の端部にはバットイヤー（ｂａｔ－ｅａｒ、１１０ｐ）を形成することができる。バットイヤー１１０ｐは連結部１１５の両端部のうちの少なくとも一つに形成することができ、連結部１１５が伸びる方向に垂直な方向に突出してもよい。バットイヤー１１０ｐは電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂのシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂのうちの一つと連結部１１５との間に配置することができる。

但し、前述の電池セル１１０は例示的構造であり、２つの電極リードが同一な方向に突出した形態の電池セルも可能であるのはもちろんである。

電池セル１１０は複数個で構成することができ、複数の電池セル１１０は相互電気的に連結できるように積層されて電池セル積層体１２０を形成する。例えば、図２に示されているように、ｘ軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１１０を積層することができる。電池ケース１１４は一般に樹脂層／金属薄膜層／樹脂層のラミネート構造からなる。例えば、電池ケース表面がＯ（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）－ナイロン層からなる場合には、中大型電池モジュールを形成するために複数の電池セル１１０を積層する時、外部衝撃によって滑りやすい傾向がある。したがって、これを防止し電池セルの安定した積層構造を維持するために、電池ケースの表面に両面テープなどの粘着式接着剤または接着時化学反応によって結合される化学接着剤などの接着部材を付着して電池セル積層体１２０を形成することができる。

図２を参照すれば、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００は、上部カバー２２０およびＵ字型フレーム２１０を含むことができる。

Ｕ字型フレーム２１０は、底部２１０ａ、および底部２１０ａの両端部で上向延長された２つの側面部２１０ｂを含むことができる。底部２１０ａは電池セル積層体１２０の下面をカバーすることができ、側面部２１０ｂは電池セル積層体１２０の両側面をカバーすることができる。

上部カバー２２０はＵ字型フレーム２１０によって囲まれる電池セル積層体１２０の前記下面および前記両側面を除いた残り上面（ｚ軸方向）を囲む一つの板状型構造に形成することができる。上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０は互いに対応する角部位が接触した状態で、溶接などによって結合することによって、電池セル積層体１２０を上下左右にカバーする構造を形成することができる。上部カバー２２０およびＵ字型フレーム２１０を通じて電池セル積層体１２０を物理的に保護することができる。このために上部カバー２２０およびＵ字型フレーム２１０は所定の強度を有する金属材質を含むことができる。

一方、具体的に図示していないが、本発明の変形例によるモジュールフレームは上面、下面および両側面が一体化された金属板材形態のモノフレームであってもよい。即ち、Ｕ字型フレーム２１０および上部カバー２２０が相互結合される構造でなく、押出成形で製造されて上面、下面および両側面が一体化された構造であってもよい。

本実施形態による電池モジュール１００は、エンドプレート４００をさらに含むことができる。エンドプレート４００は、モジュールフレーム２００の開放された両側（ｙ軸方向と－ｙ軸方向）に位置して電池セル積層体１２０をカバーするように形成することができる。即ち、２つのエンドプレート４００がモジュールフレーム２００の開放された両側に位置して、モジュールフレーム２００と溶接などの方法で接合できる。このようなエンドプレート４００は、外部の衝撃から電池セル積層体１２０およびその他の電装品を物理的に保護することができる。

以下では、図２、図４および図５を参照して、本発明の一実施形態によるヒートシンクについて詳しく説明する。

図４は、図２の電池モジュールに含まれているヒートシンクを示した斜視図である。図５は、図４の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示した断面図である。

図２、図４および図５を共に参照すれば、本実施形態によるヒートシンク３００はモジュールフレーム２００の下に位置する。より具体的に、ヒートシンク３００は、モジュールフレーム２００の底部２１０ａの下に配置することができる。モジュールフレーム２００の底部２１０ａはヒートシンク３００の上部プレートを構成し、モジュールフレーム２００の底部２１０ａとヒートシンク３００とが冷媒の流路を形成することができる。

具体的に、ヒートシンク３００は、ヒートシンク３００の骨格を形成しモジュールフレーム２００の底部２１０ａと溶接などで直接接合される下部プレート３１０、および下部プレート３１０から下側に陥没した陥没部３２０を含むことができる。このような陥没部３２０は冷媒が流動する経路となる。

ヒートシンク３００の陥没部３２０は、下部プレート３１０が下側に陥没形成された部分に該当する。陥没部３２０は冷媒流路が伸びる方向を基準にして垂直にｘｚ平面やｙｚ平面に切断した断面がＵ字型である管であってもよく、前記Ｕ字型である管の開放された上側に底部２１０ａが位置することになる。即ち、図５に示されているように陥没部３２０の上部は開放された形態であってもよい。底部２１０ａと陥没部３２０との間で冷媒が流れる。即ち、ヒートシンク３００の下部プレート３１０が底部２１０ａと接しながら、陥没部３２０と底部２１０ａとの間の空間が冷媒が流動する領域、冷媒の流路となる。これにより、モジュールフレーム２００の底部２１０ａが前記冷媒と直接接触することになる。

ヒートシンク３００の陥没部３２０の製造方法に特別な制限はないが、板状型のヒートシンクに対して陥没形成された構造を設けることによって、上側が開放されたＵ字型陥没部３２０を形成することができる。

ヒートシンク３００には貫通口３３０、３４０を形成することができる。より具体的に、ヒートシンク３００の陥没部３２０に貫通口３３０、３４０を形成することができ、貫通口３３０、３４０のうちの一つは流入口３３０であってもよく、他の一つは排出口３４０であってもよい。貫通口３３０、３４０それぞれには冷却ポート５００を連結することができる。冷却ポート５００および流入口３３０を経てヒートシンク３００に供給された冷媒は、陥没部３２０に沿って移動し、排出口３４０および冷却ポート５００を経て排出される。

一方、図２に示されたように、モジュールフレーム２００の底部２１０ａと電池セル積層体１２０との間に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を含む熱伝導性樹脂層８００を配置することができる。熱伝導性樹脂層８００は、熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を底部２１０ａに塗布し、塗布された熱伝導性樹脂が硬化して形成できる。特に、電池セル積層体１２０中の電池セル１１０の電極リード１１１、１１２（図３参照）と隣接した部分に発熱が激しく、熱伝導性樹脂層８００が、発熱が激しい電池セル積層体１２０の両部分に対応するように形成できる。

前記熱伝導性樹脂は熱伝導性接着物質を含むことができ、具体的にシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材、およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材のうちの少なくとも一つを含むことができる。前記熱伝導性樹脂は、塗布時には液状であるが、塗布後に硬化して電池セル積層体１２０を構成する一つ以上の電池セル１１０を固定する役割を果たすことができる。また、熱伝導特性に優れて電池セル１１０から発生した熱を迅速に電池モジュールの下側に伝達することができる。

本実施形態による電池モジュール１００はモジュールフレーム２００とヒートシンク３００の冷却一体型構造を実現して、冷却性能をより向上させることができる。モジュールフレーム２００の底部２１０ａがヒートシンク３００の上部プレートに対応する役割を果たすことによって冷却一体型構造を実現することができる。直接冷却によって冷却効率が上昇し、ヒートシンク３００がモジュールフレーム２００の底部２１０ａと接合された構造を通じて電池モジュール１００および電池モジュール１００が装着された電池パック１０００上の空間活用率をより向上させることができる。

具体的に、電池セル１１０から発生した熱が電池セル積層体１２０と底部２１０ａとの間に位置する熱伝導性樹脂層８００、モジュールフレーム２００の底部２１０ａ、冷媒を経て電池モジュール１００の外部に伝達される。従来の不必要な冷却構造を除去することによって、熱伝達経路が単純化され、各層の間のエアーギャップを減らすことができるため冷却効率や性能が増大できる。特に、底部２１０ａがヒートシンク３００の上部プレートから構成されて、底部２１０ａが直に冷媒と接するため冷媒を通じたより直接的な冷却が可能であるという長所がある。

また、不必要な冷却構造の除去を通じて電池モジュール１００の高さが減少して、原価節減が可能であり、空間活用度を高めることができる。さらに、電池モジュール１００をコンパクトに配置することができるので、電池モジュール１００を複数含む電池パック１０００の容量や出力を増大させることができる。

一方、モジュールフレーム２００の底部２１０ａは、ヒートシンク３００中の陥没部３２０が形成されていない下部プレート３１０部分と溶接を通じて接合できる。本実施形態は、モジュールフレーム２００の底部２１０ａとヒートシンク３００の冷却一体型構造を通じて、前述の冷却性能向上だけでなくモジュールフレーム２００に収容された電池セル積層体１２０の荷重を支持し電池モジュール１００の剛性を補強する効果を有することができる。それだけでなく、下部プレート３１０とモジュールフレーム２００の底部２１０ａとは溶接結合などを通じて密封されることによって、下部プレート３１０内側に形成された陥没部３２０で冷媒が漏洩なく流動することになる。

効果的な冷却のために、モジュールフレーム２００の底部２１０ａに対応する全領域にわたって陥没部３２０が形成されることが好ましい。このために、陥没部３２０は少なくとも１回曲げられて一側から他側につながってもよい。特に、モジュールフレーム２００の底部２１０ａに対応する全領域にわたって陥没部３２０が形成されるために図４に示されたように、陥没部３２０は数回曲げられることが好ましい。モジュールフレーム２００の底部２１０ａに対応する全領域にわたって形成された冷媒流路の開始点から終了点まで冷媒が移動することによって、電池セル積層体１２０の全領域に対する効率的な冷却が行われる。

一方、前記冷媒は冷却のための媒介物であって、特別な制限はないが、冷却水であってもよい。即ち、本実施形態による電池パック１０００は水冷式の冷却構造を有することができる。

以下では、図６～図９などを参照して、本発明の一実施形態によるパック冷媒管、冷却ポートおよび冷却コネクタについて詳しく説明する。

図６は、図１の“Ａ”部分を拡大して示した部分斜視図である。図７は、図６に示された冷却ポートおよびシーリング部材を示した斜視図である。図８および図９は図６の切断線Ｃ－Ｃ’に沿って切断した断面を示した断面図である。特に、図８は冷却ポート５００、シーリング部材７００、および冷却コネクタ６１０が組み立てられる以前の様子を示し、図９は、冷却ポート５００、シーリング部材７００、および冷却コネクタ６１０が組み立てられた様子を示した。

まず、図１、図４、図６および図７を参照すれば、本実施形態による電池パック１０００は、冷媒が流れるパック冷媒管６００、ヒートシンク３００に形成された貫通口３３０、３４０と連結される冷却ポート５００、およびパック冷媒管６００と冷却ポート５００を連結する冷却コネクタ６１０を含む。

本実施形態による、パック冷媒管６００は、パック冷媒供給管６００ａおよびパック冷媒排出管６００ｂを含むことができる。具体的に示さなかったが、パック冷媒供給管６００ａとパック冷媒排出管６００ｂそれぞれは、冷媒循環装置と連結されて、冷媒を電池モジュール１００のヒートシンク３００に供給するかヒートシンク３００から排出する。

流入口３３０に連結された冷却ポート５００がパック冷媒供給管６００ａと連結され、排出口３４０に連結された冷却ポート５００がパック冷媒排出管６００ｂと連結される。パック冷媒供給管６００ａに沿って流れた冷媒は流入口３３０を経てヒートシンク３００の陥没部３２０に移動する。陥没部３２０に沿って流れた冷媒は排出口３４０を経てパック冷媒排出管６００ｂに排出される。このような方式で冷媒循環構造が形成される。冷媒循環構造については後で図１６と共に再び詳しく説明する。

図６～図９を参照すれば、本実施形態による冷却ポート５００は、内部に冷媒が流れるように通路が形成された構成であって、冷却ポート５００の外周面に形成された傾斜部５１０を含む。傾斜部５１０の水平方向の幅は冷却コネクタ６１０が位置した方向に行くほど狭くなる。ここで水平方向とは、地面と平行な方向であって、図１や図９でｘｙ平面と平行な方向を意味する。即ち、図９のような断面上様子を基準にして、傾斜部５１０の外面は、垂直の形態でなく斜めの傾斜を有する。即ち、本実施形態による傾斜部５１０は円錐台形態の傾斜面を有することができる。

このような傾斜部５１０と冷却コネクタ６１０との間に環形態のシーリング部材７００が位置する。シーリング部材７００はＯ－ｒｉｎｇ形態の部材であって、冷却ポート５００と冷却コネクタ６１０との間で冷媒の漏出が起こることを防止する。

一方、本実施形態による冷却コネクタ６１０は、冷却ポート５００およびシーリング部材７００が挿入される開口部６１０Ｈを含むことができる。冷却コネクタ６１０は、パック冷媒管６００と連結され、冷却ポート５００およびシーリング部材７００が挿入されるように一側が開口された形態の開口部６１０Ｈを含むことができる。冷媒が流れるパック冷媒管６００内部の空間が開口部６１０Ｈによって冷却ポート５００内部の通路と連結されてもよい。このような冷却ポート５００内部の通路を、冷媒が通過できる。

この時、図９に示されたように、開口部６１０Ｈの内面と傾斜部５１０の外面との間にシーリング部材７００を配置することができる。具体的に、開口部６１０Ｈは、シーリング部材７００が接触される傾斜通路部６１３を含むことができる。このような傾斜通路部６１３は、冷却ポート５００の傾斜部５１０と対応するように下部方向に行くほど内径が小さくなってもよい。ここで下部方向とは、冷却ポート５００を基準にして冷却コネクタ６１０が位置した方向であってもよい。即ち、図８および図９で－ｚ軸方向に該当し得る。

また、本実施形態による冷却ポート５００は、下端部５２０および上端部５３０をさらに含むことができる。下端部５２０と上端部５３０との間に先に説明した傾斜部５１０を配置することができる。傾斜部５１０を基準にして、冷却コネクタ６１０と近い側に下端部５２０を配置することができ、冷却コネクタ６１０と遠い側に上端部５３０を配置することができる。

下端部５２０および上端部５３０は、傾斜部５１０と異なり、前記水平方向の幅が一定であってもよい。即ち、下端部５２０および上端部５３０は円錐台でない、円筒形状の外周面を有することができる。

一方、本実施形態による冷却コネクタ６１０は、第１通路部６１１および第２通路部６１２をさらに含むことができる。第１通路部６１１と第２通路部６１２との間に先に説明した傾斜通路部６１３を形成することができる。傾斜通路部６１３を基準にして、冷却ポート５００と近い側に第１通路部６１１を配置することができ、冷却ポート５００と遠い側に第２通路部６１２を配置することができる。

第１通路部６１１と第２通路部６１２とは、傾斜通路部６１３と異なり、下部方向に行っても内径が一定であってもよい。但し、傾斜通路部６１３の形態を考慮する時、第１通路部６１１の内径が第２通路部６１２の内径より大きくてもよい。

図７、図８および図９に示されたように、冷却ポート５００の下端部５２０の直径が冷却コネクタ６１０の第２通路部６１２の内径と一致するか多少小さく設計されて、下端部５２０が第２通路部６１２に挿入される。また、冷却ポート５００の傾斜部５１０の外周面と傾斜通路部６１３の内面との間にシーリング部材７００を配置することができる。このような方式で、冷却ポート５００とシーリング部材７００とが冷却コネクタ６１０の開口部６１０Ｈに挿入されて、冷却ポート５００および冷却コネクタ６１０が連結されることになる。

総合すれば、冷却ポート５００および冷却コネクタ６１０が互いに連結されることにおいて、冷媒の漏出防止のためのシーリング部材７００が冷却ポート５００の傾斜部５１０と冷却コネクタ６１０の開口部６１０Ｈとの間、特に傾斜通路部６１３との間に装着および固定できる。言い換えれば、本実施形態では、円錐台形態の傾斜面を有する傾斜部５１０とそれと対応するように構成された傾斜通路部６１３をそれぞれ冷却ポート５００および冷却コネクタ６１０に設けて、シーリング部材７００が装着される空間を設けた。

傾斜部５１０および傾斜通路部６１３は、高さに対比してシーリング部材７００を支持する支持面が広くて、冷却ポート５００が安定的に装着できる。特に、冷却ポート５００の高さに対比してシーリング部材７００と傾斜通路部６１３とが接触するシーリング面Ｓ１が広く設計でき、これにより外部振動や衝撃時、冷却ポート５００が左右方向に離脱するのを防止することができる。即ち、外部衝撃による冷却ポート５００の破損や冷却ポート５００と冷却コネクタ６１０との間の結合解除が防止される。

一方、図４、図８および図９を共に参照すれば、冷却ポート５００の上端部５３０は、ヒートシンク３００の陥没部３２０に形成された貫通口３３０、３４０に挿入される。これにより、冷却ポート５００とヒートシンク３００の貫通口３３０、３４０が互いに連結される。

以下では、本実施形態による冷却ポートおよび冷却コネクタが有する長所を本発明の比較例との比較を通じて詳しく説明する。

図１０は、本発明の比較例によって垂直型シーリング構造の冷却ポートを有する電池モジュールに対する斜視図である。図１１の（ａ）と（ｂ）は、本発明の比較例によって垂直型シーリング構造を有する冷却ポートと冷却コネクタ間の連結形態を示した斜視図および断面図である。特に、図１１の（ａ）は冷却ポート５０ａに冷却コネクタ６０ａが挿入される様子を拡大して示した図であり、図１１の（ｂ）は図１１の（ａ）の冷却ポート５０ａと冷却コネクタ６０ａの連結形態を概略的に示した断面図である。

図１０および図１１の（ａ）と（ｂ）を参照すれば、本発明の比較例による電池モジュールは、電池セル１１ａ、電池セル１１ａを収容するモジュールフレーム２０ａ、およびモジュールフレーム２０ａの下に位置したヒートシンク３０ａを含む。この時、モジュールフレーム２０ａは一方向に突出した２つのモジュールフレーム延長部２１ａを含むことができ、モジュールフレーム延長部２１ａ上に冷却ポート５０ａをそれぞれ配置することができる。このような冷却ポート５０ａは、ヒートシンク３０ａ内部に冷媒を供給するかヒートシンク３０ａから冷媒を排出するための構成である。冷却ポート５０ａは、垂直方向に突出した形態を有する。冷却ポート５０ａを通じて冷媒を供給するか排出するために冷却ポート５０ａに冷却コネクタ６０ａが連結されてもよい。冷却コネクタ６０ａはパック冷媒管と連結されており、このような冷却コネクタ６０ａの内部に冷却ポート５０ａが挿入される方式で、冷却ポート５０ａと冷却コネクタ６０ａとが連結される。

この時、冷却ポート５０ａの外周と冷却コネクタ６０ａの内周とにシーリング部材７０ａが装着できるようにそれぞれ突出部５１ａ、６１ａを設けることができる。図示のところと異なり、冷却ポート５０ａの外周にのみ突出部が設けられてもよい。このような突出部５１ａ、６１ａの間にＯ－ｒｉｎｇ形態のシーリング部材７０ａが固定されてもよい。

この場合、シーリング部材７０ａ自体の高さ確保およびシーリング部材７０ａの固定のための突出部５１ａ、６１ａの高さ確保が必須であるため、冷却ポート５０ａが一定の高さ以上を有しなければならない。このような構造の冷却ポート５０ａは支持する部分に比べて高くそびえた形態であるため、外部振動や衝撃、特に左右方向への振動や衝撃にぜい弱である。即ち、左右方向の平面上移動による破損危険が大きい。シーリング面Ｓ２は冷却ポート５０ａの高さと関連し、前記のような冷却ポート５０ａの破損の危険のため、冷却ポート５０ａをひたすら高く設計できないので、シーリング面Ｓ２の拡大に制限がある。

これと異なり、図６～図９に示された本実施形態による冷却ポート５００と冷却コネクタ６１０は、傾斜部５１０と傾斜通路部６１３との間にシーリング部材７００が配置される形態であるので、比較例による冷却ポート５０ａに比べて構造的安定性に優れる。具体的に、シーリング部材７００と傾斜通路部６１３とが接触するシーリング面Ｓ１が広く形成され、それに反して冷却ポート５００の高さは相対的に低く形成できる。支持する部分に比べて高くそびえるしかない冷却ポート５０ａに比べて構造的に安定している。特に、冷却ポート５００が左右方向に多少柔軟に流動することになるので、比較例による冷却ポート５０ａと異なり、左右方向への力によって破損する可能性が少ない。また、冷却ポート５０ａに比べて高さが相対的に低く形成されるので、高さ方向への空間が少なく要求されて、空間活用性側面からも長所を有する。

図１２は、本発明の比較例によって水平型シーリング構造のヒートシンクを有する電池モジュールに対する斜視図である。図１３は、図１２の切断線Ｅ－Ｅ’に沿って切断した断面を示した断面図である。この時、図１３ではヒートシンク３０ｂの下にパック冷媒管６０ｂが配置されたことを仮定して示した。

図１２および図１３を参照すれば、本発明の他の比較例による電池モジュールは、電池セル１１ｂ、電池セル１１ｂを収容するモジュールフレーム２０ｂ、およびモジュールフレーム２０ｂの下に位置したヒートシンク３０ｂを含む。

ヒートシンク３０ｂに貫通ホール３０Ｈが形成され、ヒートシンク３０ｂの下に位置したパック冷媒管６０ｂにも貫通ホール６０Ｈが形成される。ヒートシンク３０ｂの貫通ホール３０Ｈとパック冷媒管６０ｂの貫通ホール６０Ｈが互いに対抗するように配置されて連結され、Ｏ－ｒｉｎｇ形態のシーリング部材７０ｂはヒートシンク３０ｂとパック冷媒管６０ｂの間で前記貫通ホール３０Ｈ、６０Ｈを囲むように配置される。ヒートシンク３０ｂの貫通ホール３０Ｈとパック冷媒管６０ｂの貫通ホール６０Ｈを通じて冷媒Ｒがヒートシンク３０ｂ内部に流入するか、ヒートシンク３０ｂから排出できる。

前記のような構造の場合、高さを低く形成することができて、空間活用性側面から長所を有するが、外部振動や衝撃、特に左右方向への振動や衝撃にぜい弱である。シーリング面Ｓ３が地面と平行なように構成されるため、シーリング面Ｓ３が左右方向への振動や衝撃に対して緩衝機能を果たさない。したがって、左右方向への振動や衝撃にぜい弱であり、シーリング部材７０ｂが左右方向への離脱可能性が大きい。また、ヒートシンク３０ｂの貫通ホール３０Ｈとパック冷媒管６０ｂの貫通ホール６０Ｈとが互いにくい違う可能性が大きい。

これと異なり、図６～図９に示された本実施形態による冷却ポート５００と冷却コネクタ６１０とは、傾斜部５１０と傾斜通路部６１３との間にシーリング部材７００が配置される形態であるので、シーリング部材７００が傾斜を有するシーリング面Ｓ１に安着する。高さ方向への空間をある程度低くすることができると共に、同時に左右方向への振動や衝撃に緩衝作用を発揮することができて構造的に安定している。即ち、図１２および図１３に示されたヒートシンク３０ｂとパック冷媒管６０ｂの連結形態に比べて、空間活用性と構造的安定性を全て確保することができるという長所を有する。

また、容量増大のために電池セルの個数が従来より多く含まれる高重量の大面積電池モジュールの場合、部品間の組み立て過程で組み立て面確認が容易ではない。特に、図１３のようなシーリング部材７０ｂの配置構造の場合、組み立て面やシーリング部材７０ｂが配置される位置が容易に確認されなくて、正確に組み立てられない場合がある。結局、シーリング部材７０ｂが設計された位置を逸脱することがあり、密閉機能が十分に果たされないことがある。

反面、図６～図９に示された本実施形態による冷却ポート５００および冷却コネクタ６１０は、以下の図１４で後述するが、傾斜部５１０と傾斜通路部６１３とが、冷却ポート５００の組み立て過程で一種の組み立てガイドとして機能することが可能である。このように組立性が向上するため、ブラインド（ｂｌｉｎｄ）組み立てが行われても、冷却ポート５００およびシーリング部材７００が冷却コネクタ６１０に正確に組み立てられる。

以下では、図１４を参照して、本実施形態による冷却ポート５００の挿入過程について詳しく説明する。

図１４は、本発明の一実施形態による冷却ポートが冷却コネクタに挿入される様子を概略的に示した断面図である。

図８、図９および図１４を共に参照すれば、本実施形態による冷却ポート５００の傾斜部５１０が円錐台形態の傾斜面を有し、冷却コネクタ６１０の傾斜通路部６１３が前記傾斜面と対応するように構成されるため、冷却ポート５００を冷却コネクタ６１０の開口部６１０Ｈに挿入する過程で傾斜部５１０が一種の組み立てガイドとして機能することが可能である。図１４で具体的に示さなかったが、冷却ポート５００の上端部５３０はヒートシンク３００の貫通口３３０、３４０に挿入された状態である。

特に、本実施形態による電池モジュール１００は、容量確保および部品簡素化のために、電池セル１１０の個数が従来に対比して多く増える大面積電池モジュールであってもよい。個数に制限があるのではないが、一つの電池モジュール当り３２個～４８個の電池セルが含まれてもよい。一つの電池モジュール１００の体積と重量とが増加し、図１に示されたように、パック冷媒管６００の上に電池モジュール１００を位置させて、電池モジュール１００とパック冷媒管６００を互いに組み立てる。

電池モジュール１００の冷却ポート５００とパック冷媒管６００に連結された冷却コネクタ６１０とを互いに組み立てるために、冷却ポート５００が冷却コネクタ６１０の開口部６１０Ｈに挿入される。しかし、増大された電池モジュール１００の体積によって組み立て過程の確認が難しくて、ブラインド（ｂｌｉｎｄ）組み立てが行われる場合がある。

この時、図１４に示されているように、冷却ポート５００とシーリング部材７００が冷却コネクタ６１０に少し外れたまま挿入されても、傾斜部５１０が一種の組み立てガイドとして機能して、冷却ポート５００が冷却コネクタ６１０の開口部６１０Ｈに正確に挿入できる。最終的には、冷却ポート５００の下端部５２０が冷却コネクタ６１０の第２通路部６１２に挿入されることによって、冷却ポート５００が冷却コネクタ６１０と最終結合および固定される。

以下では、図１５および図１６などを参照して、本実施形態による電池パック１０００での冷媒循環構造について詳しく説明する。

図１５は、図１の電池パックをｘｚ平面上で－ｙ軸方向に沿って見た様子を示した平面図である。図１６は、図１５の切断線Ｄ－Ｄ’に沿って切断した断面の一部を示した部分断面図である。

図１、図４、図６、図１５および図１６を共に参照すれば、前述のとおり、本実施形態による電池パック１０００は、冷媒が流れるパック冷媒管６００を含み、パック冷媒管６００はパック冷媒供給管６００ａおよびパック冷媒排出管６００ｂを含むことができる。

冷却ポート５００は複数で構成されてヒートシンク３００に形成された流入口３３０および排出口３４０とそれぞれ連結される。冷却コネクタ６１０も複数で構成されて冷却ポート５００それぞれに連結される。

具体的に、ヒートシンク３００の流入口３３０にいずれか一つの冷却ポート５００の上端部５３０が挿入されて連結され、このような冷却ポート５００は、パック冷媒供給管６００ａと連結された冷却コネクタ６１０に挿入される。

一方、ヒートシンク３００の排出口３４０に他の一つの冷却ポート５００の上端部５３０が挿入されて連結され、このような冷却ポート５００は、パック冷媒排出管６００ｂと連結された冷却コネクタ６１０に挿入される。

図１６に示されたように、パック冷媒供給管６００ａに沿って流れた冷媒Ｒは、冷却コネクタ６１０のうちの一つ、冷却ポート５００のうちの一つ、および流入口３３０を順次に通過して、ヒートシンク３００の内部、即ち、底部２１０ａと陥没部３２０との間の空間に流入する。

陥没部３２０（図４参照）が形成する経路に沿って流れた冷媒は、排出口３４０、冷却ポート５００のうちの他の一つ、および冷却コネクタ６１０のうちの他の一つを順次に通過してパック冷媒排出管６００ｂに排出される。このような方式で電池パック１０００内でパック冷媒管６００と電池モジュール１００のヒートシンク３００との間の冷媒循環構造が形成される。

本実施形態で前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変化可能である。

前述の本実施形態による一つまたはそれ以上の電池モジュールは、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。

前記電池モジュールや電池パックは多様なデバイスに適用することができる。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用することができるが、これに制限されず、二次電池を使用することができる多様なデバイスに適用可能である。

以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。

１００：電池モジュール
３００：ヒートシンク
５００：冷却ポート
５１０：傾斜部
６００：パック冷媒管
６１０：冷却コネクタ
６１３：傾斜通路部
１０００：電池パック

Claims (15)

1. 複数の電池セルが積層された電池セル積層体、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレーム、および前記モジュールフレームの下に位置したヒートシンクを含む電池モジュール、
   冷媒が流れるパック冷媒管
   前記ヒートシンクに形成された貫通口と連結される冷却ポート、および
   前記パック冷媒管と前記冷却ポートを連結する冷却コネクタ、
   を含み、
   前記冷却ポートは、前記冷却ポートの外周面に形成された傾斜部を含み、
   前記傾斜部の水平方向の幅は前記冷却コネクタが位置した方向に行くほど狭くなり、
   前記傾斜部と前記冷却コネクタとの間に環形態のシーリング部材が位置する電池パック。
2. 前記傾斜部は、円錐台形態の傾斜面を有する、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記冷却コネクタは、前記冷却ポートおよび前記シーリング部材が挿入される開口部を含む、請求項１又は２に記載の電池パック。
4. 前記開口部の内面と前記傾斜部の外周面との間に前記シーリング部材が位置する、請求項３に記載の電池パック。
5. 前記開口部は、前記シーリング部材が接触される傾斜通路部を含む、請求項４に記載の電池パック。
6. 前記傾斜通路部は、前記傾斜部と対応するように、下部方向に行くほど内径が小さくなる、請求項５に記載の電池パック。
7. 前記傾斜通路部の内面と前記傾斜部の外周面との間に前記シーリング部材が位置する、請求項５に記載の電池パック。
8. 前記貫通口は流入口および排出口を含み、
   前記冷却ポートは複数で構成されて、前記流入口および前記排出口とそれぞれ連結される、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池パック。
9. 前記パック冷媒管はパック冷媒供給管およびパック冷媒排出管を含む、請求項８に記載の電池パック。
10. 前記冷却コネクタは複数で構成されて、前記冷却ポートとそれぞれ連結され、
    前記パック冷媒供給管に沿って流れた前記冷媒は、前記冷却コネクタのうちの一つ、前記冷却ポートのうちの一つ、および前記流入口を通過して前記ヒートシンク内部に流入する、請求項９に記載の電池パック。
11. 前記冷媒は、前記排出口、前記冷却ポートのうちの他の一つ、および前記冷却コネクタのうちの他の一つを通過して前記パック冷媒管排出管に排出される、請求項１０に記載の電池パック。
12. 前記ヒートシンクは、前記モジュールフレームの底部と接合される下部プレートおよび前記下部プレートから下側に陥没した陥没部を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の電池パック。
13. 前記貫通口は前記陥没部に形成された、請求項１２に記載の電池パック。
14. 前記底部と前記陥没部との間で前記冷媒が流れる、請求項１２に記載の電池パック。
15. 請求項１～１４のいずれか一項による電池パックを含むデバイス。

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